JP2005268508A - Ceramic thin film capacitor and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、セラミック薄膜コンデンサおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a ceramic thin film capacitor and a method for manufacturing the same.
近年、電子機器の小型化、薄型化が要求されている。多くの電子機器にはICやコンデンサなどの電子部品が実装された回路基板が用いられ、こういった回路基板にも小型薄型化が要求されている。このため、基板の表面に実装されていたコンデンサを基板内部に形成することが行われている。そのためのコンデンサとして薄膜コンデンサが形成される。薄膜コンデンサの従来の製法として、例えば、セラミックペーストを下部電極の表面に塗布して、乾燥した後、800℃以上で焼結させてセラミック誘電体層を形成して、さらにその上に上部電極を形成する方法が挙げられる(特許文献1)。
しかしながら、800℃以上といった高温下では、下部電極の酸化や溶融が生じ易い。よって、従来の製法では優れたコンデンサができなかったり、下部電極の材料選択の余地が非常に小さいといった懸念がある。本発明は、電極を高温下に晒すことを要さないセラミック薄膜コンデンサの製造方法を提供することを目的とする。併せて、本発明は、そのような製造方法によって製造し得る新規な構成のセラミック薄膜コンデンサの提供を目的とする。 However, at a high temperature of 800 ° C. or higher, the lower electrode is likely to be oxidized or melted. Therefore, there are concerns that an excellent capacitor cannot be formed by the conventional manufacturing method, and that there is very little room for selecting a material for the lower electrode. An object of this invention is to provide the manufacturing method of the ceramic thin film capacitor which does not require exposing an electrode to high temperature. In addition, an object of the present invention is to provide a ceramic thin film capacitor having a novel configuration that can be manufactured by such a manufacturing method.
本発明者らは、酸化物粒子の焼結挙動を鋭意研究した結果、必ずしも高温下に晒さなくてもコンデンサとして使用し得る程度にまでセラミックを焼結させる手段を見出して、以下の特徴を有する本発明を完成した。
(1)セラミック誘電体層を一対の電極で挟んだ構造をもつセラミック薄膜コンデンサの製造方法であって、未焼結のセラミック膜をレーザー照射に供することで焼結させてセラミック誘電体層を形成する工程を有する、セラミック薄膜コンデンサの製造方法。
(2)下記(A)〜(C)の工程を有する、上記(1)記載の製造方法。
(A)下部電極の上にセラミックペーストを塗布し、次いで、塗布した前記ペーストを乾燥することで下部電極の上に未焼結のセラミック膜を形成する工程。
(B)上記未焼結のセラミック膜をレーザー照射に供することで焼結させて、セラミック誘電体層を形成する工程。
(C)上記セラミック誘電体層の上に上部電極を形成する工程。
(3)(B)工程にて、得られるセラミック誘電体層の表面に凹凸を生じるようにレーザーを照射することを特徴とする上記(2)記載の製造方法。
(4)(B)工程にて、未焼結のセラミック膜を部分的にレーザー照射に供することで、パターニングされたセラミック誘電体層を形成することを特徴とする上記(2)または(3)記載の製造方法。
(5)さらに、上記セラミック誘電体層に樹脂を含浸させる工程を有する、上記(1)〜(4)のいずれか一項に記載の製造方法。
(6)上記セラミック薄膜コンデンサが配線回路基板に実装されるものであって、未焼結のセラミック膜を実装すべき配線回路基板上に形成して、前記配線回路基板上に形成された未焼結のセラミック膜をレーザー照射に供することを特徴とする、上記(1)〜(5)のいずれか一項に記載の製造方法。
(7)セラミック誘電体層を一対の電極で挟んだ構造をもつセラミック薄膜コンデンサであって、セラミック誘電体層の少なくとも一主面が凹凸を有するセラミック薄膜コンデンサ。
As a result of intensive studies on the sintering behavior of oxide particles, the present inventors have found a means for sintering ceramics to such an extent that they can be used as capacitors without being exposed to high temperatures, and have the following characteristics: The present invention has been completed.
(1) A method of manufacturing a ceramic thin film capacitor having a structure in which a ceramic dielectric layer is sandwiched between a pair of electrodes, and the ceramic dielectric layer is formed by sintering an unsintered ceramic film by subjecting it to laser irradiation. A method for manufacturing a ceramic thin film capacitor, comprising the step of:
(2) The production method according to (1) above, comprising the following steps (A) to (C).
(A) A step of forming a non-sintered ceramic film on the lower electrode by applying a ceramic paste on the lower electrode and then drying the applied paste.
(B) A step of sintering the unsintered ceramic film by subjecting it to laser irradiation to form a ceramic dielectric layer.
(C) A step of forming an upper electrode on the ceramic dielectric layer.
(3) The manufacturing method according to (2), wherein, in the step (B), laser irradiation is performed so as to produce irregularities on the surface of the obtained ceramic dielectric layer.
(4) The (2) or (3) above, wherein in the step (B), the ceramic ceramic layer is patterned by subjecting the unsintered ceramic film to partial laser irradiation. The manufacturing method as described.
(5) The manufacturing method according to any one of (1) to (4), further including a step of impregnating the ceramic dielectric layer with a resin.
(6) The ceramic thin film capacitor is mounted on a printed circuit board, and an unsintered ceramic film is formed on the printed circuit board to be mounted, and the unfired ceramic board formed on the printed circuit board is formed. The manufacturing method according to any one of (1) to (5) above, wherein the sintered ceramic film is subjected to laser irradiation.
(7) A ceramic thin film capacitor having a structure in which a ceramic dielectric layer is sandwiched between a pair of electrodes, wherein at least one main surface of the ceramic dielectric layer has irregularities.
本発明のセラミック薄膜コンデンサの製造方法によれば、焼結によってセラミック誘電体層を得る過程における、下部電極の酸化、溶融の懸念が著しく軽減する。
本発明の好ましい態様では、セラミック誘電体層の少なくとも一主面に凹凸を形成し得る。そのようにして得られる本発明のセラミック薄膜コンデンサは大きな静電容量を有する。
本発明の好ましい態様では、レーザーを部分的に照射することにより、所望のパターンを形成したり、所望の面積のコンデンサを製造することができる。
本発明の好ましい態様では、焼結したセラミック誘電体層に樹脂を含浸することにより、セラミック薄膜コンデンサに柔軟性を付与することができる。
本発明の好ましい態様では、配線回路基板全体を加熱することなく前記基板上にてセラミック薄膜コンデンサ製造のための焼結をすることができ、セラミック薄膜コンデンサの製造と配線回路基板への実装とを同時に実現することができる。
According to the method for manufacturing a ceramic thin film capacitor of the present invention, the fear of oxidation and melting of the lower electrode in the process of obtaining the ceramic dielectric layer by sintering is remarkably reduced.
In a preferred embodiment of the present invention, irregularities can be formed on at least one main surface of the ceramic dielectric layer. The ceramic thin film capacitor of the present invention thus obtained has a large capacitance.
In a preferred embodiment of the present invention, a desired pattern can be formed or a capacitor having a desired area can be manufactured by partially irradiating a laser.
In a preferred embodiment of the present invention, flexibility can be imparted to the ceramic thin film capacitor by impregnating the sintered ceramic dielectric layer with resin.
In a preferred aspect of the present invention, sintering for manufacturing a ceramic thin film capacitor can be performed on the substrate without heating the entire printed circuit board. It can be realized at the same time.
本発明の製造方法の対象である、セラミック薄膜コンデンサは、セラミック誘電体層を一対の電極で挟んだ構造をもつコンデンサである。セラミック誘電体層は絶縁体である金属酸化物の焼結体からなる層であれば特に制限はなく、好ましくは強誘電性を呈する金属酸化物の焼結体からなる層である。セラミック誘電体層を挟む一対の電極の材料、構造は公知の電子部品の電極の材料、構造を適宜取り入れることができる。本発明の製造方法の特徴は、セラミック誘電体層を得るための焼結手段として未焼結のセラミック膜をレーザー照射に供することである。 A ceramic thin film capacitor, which is an object of the manufacturing method of the present invention, is a capacitor having a structure in which a ceramic dielectric layer is sandwiched between a pair of electrodes. The ceramic dielectric layer is not particularly limited as long as it is a layer made of a sintered metal oxide as an insulator, and is preferably a layer made of a sintered metal oxide exhibiting ferroelectricity. The material and structure of a pair of electrodes sandwiching the ceramic dielectric layer can appropriately adopt the material and structure of electrodes of known electronic components. A feature of the manufacturing method of the present invention is that an unsintered ceramic film is subjected to laser irradiation as a sintering means for obtaining a ceramic dielectric layer.
未焼結のセラミック膜とは、焼結していない金属酸化物粒子を含む膜であり、膜の構造を維持するために金属酸化物粒子間に有機樹脂等が所謂バインダーとして存在していてもよいし、金属酸化物粒子どうしが熱によって焼結には至らない程度の弱い結合で膜を形成していてもよい。焼結とは、未焼結のセラミック膜を構成する金属酸化物粒子が主に固相反応によって互いに強固に結びついて一体構造(セラミックス)を形成することである。従来の加熱による焼結とは異なり、レーザー照射による焼結では、金属酸化物粒子どうしを焼結させるためのエネルギーを所望の部分のみに集中させることができる。このため、コンデンサの電極を構成する金属の不所望な反応を低減することができるばかりでなく、焼結させる部分をパターニングすることも可能である。 An unsintered ceramic film is a film containing unsintered metal oxide particles, and even if an organic resin or the like exists as a so-called binder between the metal oxide particles in order to maintain the structure of the film. Alternatively, the film may be formed with weak bonds such that the metal oxide particles do not sinter due to heat. Sintering means that metal oxide particles constituting an unsintered ceramic film are strongly bonded to each other mainly by a solid phase reaction to form an integral structure (ceramics). Unlike the conventional sintering by heating, the laser irradiation allows the energy for sintering the metal oxide particles to be concentrated only in a desired portion. For this reason, not only the undesirable reaction of the metal constituting the capacitor electrode can be reduced, but also the portion to be sintered can be patterned.
本発明の製造方法では、焼結のためのエネルギーをレーザー照射により局所的に供することが可能であるから、製造されるセラミック薄膜コンデンサが配線回路基板に実装されるものである場合には、未焼結のセラミック膜を実装すべき配線回路基板上に形成して、前記配線回路基板上に形成された未焼結のセラミック膜をレーザー照射に供することも可能である。そのように配線回路基板上でセラミック薄膜コンデンサを製造すれば、従来のように別途製造されたコンデンサを配線回路基板に実装する工程を省くことができ、実装ミスに伴う不良を著しく低減することができる。ここで、配線回路基板上に未焼結のセラミック膜を形成することは、配線回路基板上にセラミック薄膜コンデンサ用の電極を介して未焼結のセラミック膜を形成することも含む。 In the manufacturing method of the present invention, energy for sintering can be locally provided by laser irradiation. Therefore, when the manufactured ceramic thin film capacitor is to be mounted on a printed circuit board, It is also possible to form a sintered ceramic film on a printed circuit board to be mounted, and subject the unsintered ceramic film formed on the wired circuit board to laser irradiation. If a ceramic thin film capacitor is manufactured on a printed circuit board in this way, the process of mounting a separately manufactured capacitor on the printed circuit board as in the past can be omitted, and defects due to mounting errors can be significantly reduced. it can. Here, forming an unsintered ceramic film on the printed circuit board includes forming an unsintered ceramic film on the wired circuit board via an electrode for a ceramic thin film capacitor.
以下、本発明の好ましい形態の工程を順に説明するが、本発明は以下に記載する特定の工程に限られるものではなく、未焼結のセラミック膜をレーザー照射に供することで焼結させる工程を含むセラミック薄膜コンデンサの製造方法を広く包含するものである。本発明の好ましい形態は、上述の(A)〜(C)の工程を有する。図1は、本発明の製造方法を模式的に表す図である。以下、図1を参照しつつ、本発明の好ましい製造方法をより詳しく説明する。 Hereinafter, although the process of the preferable form of this invention is demonstrated in order, this invention is not restricted to the specific process described below, The process of sintering by using an unsintered ceramic film | membrane for laser irradiation The manufacturing method of the ceramic thin film capacitor containing is included widely. The preferable form of this invention has the process of the above-mentioned (A)-(C). FIG. 1 is a diagram schematically showing the production method of the present invention. Hereinafter, the preferred production method of the present invention will be described in more detail with reference to FIG.
(A)下部電極の上にセラミックペーストを塗布し、次いで、塗布した前記ペーストを乾燥することで下部電極の上に未焼結のセラミック膜を形成する工程(図1(a)):
下部電極4とは、セラミック薄膜コンデンサ1を構成する一対の電極のうちの片方の電極である。記載の便宜上、本明細書では工程の進行に伴って下方から上方へ層を形成するように上下方向を記載するが、このような方向に関する記載は実装方向や用時における方向を特定するものではない。下部電極4は電子部品の電極として用い得るものであれば特に制限はなく、一般的には金属箔であり、好ましくは銅箔やニッケル箔が挙げられる。絶縁基板上にスパッタリングやめっきなどにより形成した銅やニッケルの薄膜を下部電極4として用いてもよい。機械的強度、電気抵抗の観点から、下部電極4の厚さは、好ましくは9〜35μmであり、より好ましくは18〜35μmである。
(A) A step of applying a ceramic paste on the lower electrode and then drying the applied paste to form an unsintered ceramic film on the lower electrode (FIG. 1 (a)):
The
図2は本発明で製造されるセラミック薄膜コンデンサの一例の断面図である。本発明で製造するセラミック薄膜コンデンサ1が図2に示すように配線回路基板6に実装される場合には、前記配線回路基板6の絶縁層(図示せず)の上に下部電極4を形成してもよい。この場合の絶縁層は配線回路基板に用い得る絶縁物からなる層を適宜取り入れることができ、ポリイミドやポリエステルなどからなる層が例示される。
FIG. 2 is a cross-sectional view of an example of a ceramic thin film capacitor manufactured by the present invention. When the ceramic
下部電極4上に塗布するセラミックペーストは、少なくとも、焼結することでセラミックスを形成し得る未焼結の粒子(以下、「セラミック粒子」ともいう)と、溶剤とを含み、粘度調節、粒子の分散、得られるセラミック膜の安定性等を考慮して好ましくはバインダーとなる樹脂、可塑剤等をさらに含む。
The ceramic paste applied on the
セラミック粒子は、焼結によってセラミックスを形成し得る無機粒子であれば特に限定なく用いることができ、一般的には金属酸化物粒子が挙げられ、好ましくは強誘電性を呈する金属酸化物粒子が挙げられる。好ましく用いられる金属酸化物粒子としては、チタン酸塩、ジルコン酸塩、錫酸塩、珪酸塩、酸化チタン、アルミナなどが挙げられ、誘電率が高く入手容易な点から、チタン酸塩、ジルコン酸塩等が好ましい。チタン酸塩の具体例としては、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸亜鉛、チタン酸ランタン、チタン酸ネオジウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸バリウム、ジルコン酸チタン酸鉛、チタン酸バリウムストロンチウムなどが挙げられ、好ましくはチタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸バリウム等である。ジルコン酸塩の具体例としては、チタン酸ジルコン酸バリウム、ジルコン酸チタン酸鉛、ジルコン酸バリウム、ジルコン酸カルシウム、ジルコン酸鉛などが挙げられる。錫酸塩としては、錫酸バリウム、錫酸カルシウムなどが挙げられ、珪酸塩としては珪酸マグネシウムなどが挙げられる。 The ceramic particles can be used without particular limitation as long as they are inorganic particles capable of forming ceramics by sintering, and generally include metal oxide particles, preferably metal oxide particles exhibiting ferroelectricity. It is done. Examples of the metal oxide particles preferably used include titanate, zirconate, stannate, silicate, titanium oxide, and alumina. From the viewpoint of high dielectric constant and easy availability, titanate and zirconate. Salt and the like are preferable. Specific examples of titanates include strontium titanate, barium titanate, calcium titanate, magnesium titanate, zinc titanate, lanthanum titanate, neodymium titanate, lead titanate, barium zirconate titanate, titanium zirconate Lead acid, barium strontium titanate and the like can be mentioned, and barium titanate, barium zirconate titanate and the like are preferable. Specific examples of the zirconate include barium zirconate titanate, lead zirconate titanate, barium zirconate, calcium zirconate, lead zirconate and the like. Examples of the stannate include barium stannate and calcium stannate. Examples of the silicate include magnesium silicate.
本発明で用いるセラミック粒子の形状、大きさは特に制限されず、通常用いられるセラミック粒子をそのまま用いてもよい。得られるコンデンサの小型化、薄型化やレーザーによる焼結の容易さの観点からは、セラミック粒子の体積平均粒子径は好ましくは0.05〜1μmである。セラミック粒子の体積平均粒子径は、セラミック粒子の希薄懸濁液にレーザーを照射したときの回折パターンから求めることができ、そのような測定は堀場製作所社製LA−750などによって行われる。 The shape and size of the ceramic particles used in the present invention are not particularly limited, and commonly used ceramic particles may be used as they are. From the viewpoint of miniaturization and thinning of the obtained capacitor and ease of sintering by laser, the volume average particle diameter of the ceramic particles is preferably 0.05 to 1 μm. The volume average particle diameter of the ceramic particles can be obtained from a diffraction pattern when a laser is applied to a dilute suspension of ceramic particles, and such measurement is performed by LA-750 manufactured by Horiba, Ltd.
セラミックペーストの溶剤は、室温で液体であって、沸点が60〜200℃程度の物質であれば特に制限はなく、水であってもよいし有機溶剤であってもよいし、それらの混合系であってもよい。有機溶剤としてはアルコールなどの極性溶媒等が挙げられる。溶剤の選定基準としては、後述するバインダーや可塑剤を溶かすことや、セラミック粒子に対する濡れ性などが挙げられる。 The solvent of the ceramic paste is not particularly limited as long as it is a liquid at room temperature and has a boiling point of about 60 to 200 ° C., may be water or an organic solvent, or a mixed system thereof. It may be. Examples of the organic solvent include polar solvents such as alcohol. Solvent selection criteria include dissolving binders and plasticizers described below, and wettability to ceramic particles.
好ましくは、本発明で用いるセラミックペーストはバインダーとなる樹脂を溶液状態で含む。バインダーとなる樹脂は従来公知のものを適宜使用し得る。水系バインダーとしては、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、デンプン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド、ポリアクリル酸ソーダ、ポリアクリルアミドなどが例示され、分散性、安定性、水との相溶性の点から、好ましくはカルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール等である。非水系バインダーとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリスチレン、アクリル系樹脂、ポリアミド樹脂、ポリビニルブチラールなどが挙げられ、シート成形性の点から、好ましくはポリビニルブチラール等である。 Preferably, the ceramic paste used in the present invention contains a resin as a binder in a solution state. Conventionally known resins can be appropriately used as the binder. Examples of water-based binders include methylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose, carboxymethylcellulose, hydroxymethylcellulose, starch, polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, sodium polyacrylate, and polyacrylamide. Dispersibility, stability, and compatibility with water From these, carboxymethylcellulose, polyvinyl alcohol and the like are preferable. Examples of the non-aqueous binder include polyethylene, polypropylene, ethylene-vinyl acetate copolymer, polystyrene, acrylic resin, polyamide resin, polyvinyl butyral, and the like, and polyvinyl butyral is preferable from the viewpoint of sheet moldability.
好ましくは、本発明で用いるセラミックペーストは可塑剤を含む。可塑剤としては、グリセリン、ポリエチレングリコール、ジブチルフタレート、トリオクチルトリメリテートなどが挙げられる。 Preferably, the ceramic paste used in the present invention contains a plasticizer. Examples of the plasticizer include glycerin, polyethylene glycol, dibutyl phthalate, and trioctyl trimellitate.
セラミックペーストの具体的な調合は、公知技術を適宜参照してよく、その具体例は特許文献1に記載される。
For specific preparation of the ceramic paste, known techniques may be referred to as appropriate, and specific examples thereof are described in
下部電極4の上へセラミックペーストを塗布する手段は特に制限はなく、セラミックペーストの粘度などに応じて従来公知の塗工技術を適宜取り入れることができる。そのような塗工技術としては、例えば、ドクターブレードを用いたキャスティング法などが挙げられる。
The means for applying the ceramic paste onto the
セラミックペーストの塗工後の乾燥は、少なくとも塗膜としての形状を維持し得る程度にまで溶剤を蒸発させればよく、その具体的手段、条件は特に限定されるものではない。乾燥の具体例としては、80〜180℃にて1〜30分間放置することなどが挙げられる。このとき、真空または窒素雰囲気下での数時間の熱処理によってバインダーを除去してもよい。バインダーの除去の条件はバインダーの種類や量に応じて適宜決定することができる。以上のようにして、下部電極4上に未焼結のセラミック膜3を形成することができる。
The drying after the coating of the ceramic paste has only to evaporate the solvent to such an extent that the shape as a coating film can be maintained, and the specific means and conditions are not particularly limited. Specific examples of drying include leaving at 80 to 180 ° C. for 1 to 30 minutes. At this time, the binder may be removed by heat treatment for several hours in a vacuum or nitrogen atmosphere. The conditions for removing the binder can be appropriately determined according to the type and amount of the binder. As described above, the unsintered
(B)未焼結のセラミック膜をレーザー照射に供することで焼結させて、セラミック誘電体層を形成する工程:
本発明では、未焼結のセラミック膜3にレーザー光を照射することでエネルギーを供給して、未焼結のセラミック膜3を構成するセラミック粒子を焼結せしめる。このため、従来のように下部電極4ごと高温に加熱する場合と異なり、セラミックの焼結において、下部電極4に不所望なエネルギーを与えてしまうことが著しく低減できる。特に、配線回路基板上に未焼結のセラミック膜3を形成した場合には、配線回路基板自体にはエネルギーを加えずにセラミック粒子およびそのごく近傍にのみエネルギーを供給することができる。
(B) A step of sintering an unsintered ceramic film by subjecting it to laser irradiation to form a ceramic dielectric layer:
In the present invention, energy is supplied by irradiating the unsintered
本発明では従来公知のレーザーを特に限定なく使用することができる。具体的には、ArFエキシマレーザー、KrFエキシマレーザー、炭酸レーザー、グリーンレーザー(可視光)、YAGレーザー、UVYAGレーザーなどがあげられる。レーザーの波長は特に限定されず、好ましくは190〜3000nmである。レーザーの照射は、セラミックが焼結するに足る程度でよく、例えば、エネルギー密度50〜250mJ/cm2での1〜100ショットなどが挙げられる。このとき、パルス幅は好ましくは20〜80nsecである。 In the present invention, a conventionally known laser can be used without any particular limitation. Specific examples include an ArF excimer laser, a KrF excimer laser, a carbonic acid laser, a green laser (visible light), a YAG laser, and a UVYAG laser. The wavelength of the laser is not particularly limited, and is preferably 190 to 3000 nm. The laser irradiation may be sufficient to sinter the ceramic, and examples thereof include 1 to 100 shots at an energy density of 50 to 250 mJ / cm 2 . At this time, the pulse width is preferably 20 to 80 nsec.
好ましくは、得られるセラミック誘電体層2の表面に凹凸を生じるようにレーザーを照射する。セラミック誘電体層2の表面とは、当該誘電体層2の一主面であればよいが、通常は、下部電極4と対向する面である。セラミック誘電体層の表面に凹凸を生じさせることはレーザーのエネルギー密度を大きくしたり照射時間を長くすることなどで容易に実現可能である。得られるセラミック誘電体層2の凹凸は、非接触光学式表面粗さ計により測定することができる最大粗さ(Rmax)が1〜20μmであることが好ましい。このようにセラミック誘電体層2の表面に凹凸を設けることにより、前記誘電体層の表面積が大きくなるから、セラミック薄膜コンデンサ1全体を大きくしなくても、当該コンデンサの容量を大きくすることができる。
Preferably, the laser is irradiated so as to generate irregularities on the surface of the obtained ceramic
本工程では、未焼結のセラミック膜3の全面をレーザー照射に供して全面的に焼結させてもよいし、未焼結のセラミック膜3を部分的にレーザー照射に供してもよい。未焼結のセラミック膜3のどの部分をレーザー照射に供するかをコントロールすることによって、未焼結のセラミック膜3のうちの所望の部分だけを焼結させることができる。換言すれば、所望のパターンのセラミック誘電体層2(パターニングされたセラミック誘電体層2)を形成することができる。このとき、未焼結のセラミック膜3のうちレーザー照射に供されなかった部分は、絶縁層としてそのまま残る(図1(b))。レーザー照射をコントロールするために、公知のレーザーに関する技術を適宜取り入れることができ、そのような技術には、例えば、レーザーを走査スキャンする技術やレーザーの形状を変更するアパーチャーを用いる技術などが含まれる。
In this step, the entire surface of the unsintered
このようにして得られるセラミック誘電体層2は、通常、多孔質である。このようなセラミック誘電体層2に柔軟性や強度を付与する目的で、当該誘電体層2の空隙にエポキシ樹脂やポリイミドなどの樹脂を含浸させてもよい(図示せず)。含浸方法は特に限定されず、熱溶融した樹脂を充填したり、溶液状の樹脂を充填した後に溶剤を除去したりする方法などがある。
The
このようにして得られるセラミック誘電体層2の大きさ形状は特に制限されず、所望の電気的、機械的な要求を充足するように適宜設定し得る。コンデンサ容量、誘電体層の機械的強度の点からはセラミック誘電体層2の厚さは好ましくは10〜100μmであり、当該誘電体層の厚さ方向に垂直な断面積は好ましくは0.04〜25mm2であり、前記誘電体層の厚さ方向に垂直な断面は好ましくは長方形状または正方形状であり、その一辺の長さは好ましくは0.2〜5mm程度である。
The size and shape of the
(C)セラミック誘電体層の上に上部電極を形成する工程(図1(c)):
上部電極5とは、下部電極4と対になってセラミック誘電体層2を挟むように形成される電極である。上部電極5も下部電極4と同様に、電子部品の電極として用い得るものであれば特に制限はなく、一般的には金属薄膜であり、そのための金属としては、銅、ニッケル、金、白金などが例示される。上部電極5の形成方法は特に制限はなく、スパッタ蒸着などといった蒸着法やメッキ法などによることができる。膜強度、電気抵抗の観点から、上部電極5の厚さは、好ましくは0.05〜20μmである。
(C) A step of forming an upper electrode on the ceramic dielectric layer (FIG. 1C):
The
上記(B)工程にて、未焼結のセラミック膜3を部分的にレーザー照射に供してパターニングされたセラミック誘電体層2を得た場合には、前記パターニングされたセラミック誘電体層2と同じパターンにて上部電極5を形成することが好ましい。上部電極5をそのようにパターニングする手段としては、一般に配線回路基板の加工に用いられる、サブトラクティブ法、アディティブ法などが挙げられる。サブトラクティブ法をより具体的に説明すると、セラミック誘電体層2および未焼結のセラミック膜3の全面に金属薄膜を形成した後に(図1(c))、フォトレジストにより所定パターンのエッチングレジストを金属薄膜上に形成する(図示せず)。次いで、エッチングレジストで覆われていない部分の金属薄膜をエッチング液でエッチングして、エッチングレジストを除去することにより、パターニングされた上部電極5を形成することができる(図1(d))。このとき、同様の手段を講じて、下部電極4をパターニングしてもよい(図1(e))。
When the
以下、実施例を用いて本発明をより詳しく説明するが、これらの例は本発明を何ら限定するものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in more detail using an Example, these examples do not limit this invention at all.
(実施例1)
銅箔4(厚さ35μm、縦250mm×横250mm)上にセラミックペーストをアプリケーターで塗布し、100℃で2分、次いで、150℃で30分の乾燥を行い、さらに、窒素雰囲気下、400℃で2時間加熱することによりバインダーを除去して、未焼結のセラミック膜3を形成した(図1(a))。上記セラミックペーストは、以下のものを含む。
セラミック粒子:堺化学製チタン酸バリウム(体積平均粒子径:0.5μm)
50重量部、
溶剤:α−ターピネオールとジエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテルアセテートとを9:1(重量比)で混合してなる溶媒 8.8重量部、
バインダー:ポリビニルブチラール 17.5重量部、
可塑剤:トリオクチルトリメリテート 2重量部。
(Example 1)
A ceramic paste was applied on copper foil 4 (thickness 35 μm, length 250 mm × width 250 mm) with an applicator, dried at 100 ° C. for 2 minutes, then at 150 ° C. for 30 minutes, and further at 400 ° C. in a nitrogen atmosphere. The binder was removed by heating for 2 hours to form an unsintered ceramic film 3 (FIG. 1A). The ceramic paste includes the following.
Ceramic particles: Sakai Chemical Barium Titanate (volume average particle size: 0.5 μm)
50 parts by weight,
Solvent: 8.8 parts by weight of a solvent obtained by mixing α-terpineol and diethylene glycol mono-n-butyl ether acetate at 9: 1 (weight ratio),
Binder: 17.5 parts by weight of polyvinyl butyral
Plasticizer:
得られた未焼結のセラミック膜3に、KrFエキシマレーザー(波長248nm、パルス幅20nsec)をエネルギー密度250mJ/cm2、ショット数50、レーザービームの直径を1mmにして照射した。その際、照射部分が縦3.2mm×横1.6mmの四角形となるようにパターニングし、前記四角形を100個形成するようにレーザーを照射した。隣合う四角形を隔てる距離は100μmにした。レーザー照射により、前記四角形が並ぶようにセラミック誘電体層2(厚さ50μm)を形成した(図1(b))。得られたセラミック誘電体層2の表面(銅箔4と対向する面)を非接触光学式表面粗さ計(WYKO社製、NT3000)で測定したところ、Rmaxは1μmであった。
The obtained unsintered
得られたセラミック誘電体層2にエポキシ樹脂のメチルエチルケトン溶液(40重量%)を含浸させた。その後、100℃で5分間乾燥し、さらに150℃にて30分間放置することでエポキシ樹脂を硬化させた。その後、銅を厚さ1μmに蒸着して、セラミック誘電体層2のパターンと一致させるように、縦3.2mm×横1.6mmの四角形にエッチングした。この銅の膜が上部電極5である(図1(c)(d))。最後に、下部電極4も縦3.2mm×横1.6mmの四角形にエッチング加工してセラミック薄膜コンデンサ1を得た(図1(e))。得られたセラミック薄膜コンデンサ1の数は、パターニングによって得た縦3.2mm×横1.6mmのセラミック誘電体層2の数と同じであった。
The obtained ceramic
得られたセラミック薄膜コンデンサ1の下部電極4には、酸化による損傷は見られなかった。このコンデンサのセラミック誘電体層2の周波数1MHzにおける比誘電率εは50であり、得られたコンデンサの容量は100pFであった。
The
(比較例1)
実施例1と同様にして未焼結のセラミック膜3を銅箔4の上に形成した。その後、前記セラミック膜3を銅箔4とともに、空気中900℃で2時間焼結した。その結果、厚み50μmのセラミック誘電体層2が得られた。得られたセラミック誘電体層2の表面は平滑であり、Rmaxは0.2μmであった。その後、銅を蒸着(厚さ:1μm)することにより上部電極5を形成しセラミック薄膜コンデンサ1を製造した。得られたセラミック薄膜コンデンサを縦3.2mm×横1.6mmの四角形に切り出した。この切り出したコンデンサを比較例1のコンデンサとして、上記実施例1のコンデンサと比較した。比較例1のコンデンサの下部電極4にはセラミックを焼結した時に生じた酸化層が生成していた。このコンデンサのセラミック誘電体層2の周波数1MHzにおける比誘電率εは50であり、得られたコンデンサの容量は50pFであった。
(Comparative Example 1)
In the same manner as in Example 1, an unsintered
実施例1と比較例1の比誘電率εが同等であったことから、実施例1も比較例1も充分にセラミックが焼結したことが示唆される。実施例1のコンデンサが比較例1のコンデンサよりも容量が大きくなったのは、実施例1のコンデンサの上部電極5付近のセラミック誘電体層2の表面に凹凸が形成して表面積が増大したためであると考えられる。
Since the relative dielectric constant ε of Example 1 and Comparative Example 1 were equivalent, it was suggested that both Example 1 and Comparative Example 1 were sufficiently sintered. The reason why the capacitance of the capacitor of Example 1 was larger than that of the capacitor of Comparative Example 1 was that the surface area was increased due to the formation of irregularities on the surface of the
1 セラミック薄膜コンデンサ
2 セラミック誘電体層
3 未焼結のセラミック膜
4 下部電極
5 上部電極
6 配線回路基板
DESCRIPTION OF
Claims (7)
(A)下部電極の上にセラミックペーストを塗布し、次いで、塗布した前記ペーストを乾燥することで下部電極の上に未焼結のセラミック膜を形成する工程。
(B)上記未焼結のセラミック膜をレーザー照射に供することで焼結させて、セラミック誘電体層を形成する工程。
(C)上記セラミック誘電体層の上に上部電極を形成する工程。 The manufacturing method of Claim 1 which has the process of following (A)-(C).
(A) A step of forming a non-sintered ceramic film on the lower electrode by applying a ceramic paste on the lower electrode and then drying the applied paste.
(B) A step of sintering the unsintered ceramic film by subjecting it to laser irradiation to form a ceramic dielectric layer.
(C) A step of forming an upper electrode on the ceramic dielectric layer.
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-
2004
- 2004-03-18 JP JP2004078386A patent/JP2005268508A/en active Pending
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